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“两硬”条件下回采巷道强矿压显现防治技术

煤矿安全 2017年第12期48卷 139-141页

作者：马斌文邓志刚赵善坤李少刚冯宇峰苏振国煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

针对"两硬"条件下工作面回风巷强矿压显现问题,采用现场实测及理论分析的方法,对强矿压显现发生机理进行了研究,并提出采用深孔断顶爆破和大直径卸压钻孔的防治方案,确定了爆破参数和卸压孔的布置参数。通过比较采取上述措施前后工作面... 详细信息

针对"两硬"条件下工作面回风巷强矿压显现问题,采用现场实测及理论分析的方法,对强矿压显现发生机理进行了研究,并提出采用深孔断顶爆破和大直径卸压钻孔的防治方案,确定了爆破参数和卸压孔的布置参数。通过比较采取上述措施前后工作面回风巷的变形和微震活动的强烈程度对防治效果进行检验。结果表明,深孔断顶爆破和大直径卸压孔防治措施的实施,安全释放了回采巷道煤体中聚集的弹性能,成功地破坏了采空区坚硬顶板的完整性和煤柱体的储能条件,消除了工作面回风巷强矿压显现的危险性,保证了工作面安全高效回采。

关键词：两硬强矿压显现弹性能深孔断顶爆破大直径卸压孔

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基于动态加载方式的煤与瓦斯突出试验

煤矿安全 2013年第8期44卷 1-3页

作者：吕秀江耿妹华杨威邢云峰中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 河北工程大学资源学院河北邯郸056038 北京起重运输机械设计研究院北京100007

针对煤与瓦斯突出的特征,分析了膨胀剂作为加载方式的试验方法。以浆体形式装入受限空间内的膨胀剂发生水化反应后体积膨胀,对周围介质可以产生50 MPa以上的压力,其压力增加过程具有瞬间突变的动力特征。煤与瓦斯突出是煤层中储存的弹... 详细信息

针对煤与瓦斯突出的特征,分析了膨胀剂作为加载方式的试验方法。以浆体形式装入受限空间内的膨胀剂发生水化反应后体积膨胀,对周围介质可以产生50 MPa以上的压力,其压力增加过程具有瞬间突变的动力特征。煤与瓦斯突出是煤层中储存的弹性应变能在应力条件改变时的突然释放。试验将膨胀剂置于煤体中,依靠膨胀剂加载的动力特征再现了煤与瓦斯突出的物理过程。结果表明,受限空间膨胀剂内部加载的试验方法可以真实地营造煤体的受力状态和煤体突出的边界条件,是研究煤与瓦斯突出问题较为理想的新的试验方法。

关键词：煤与瓦斯突出相似材料模拟膨胀剂动态加载弹性能

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基于能量原理的岩石起裂准则

矿业研究与开发 2019年第8期39卷 54-57页

作者：任猛高鸿集董智文中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院

起裂强度是岩石受压破裂过程中重要的特征强度,应力达到起裂强度后,内部裂隙便开始萌发,产生应力集中现象,裂隙进一步发育造成岩石脆性断裂破坏。通过对砂岩进行单轴和三轴试验,发现不同围压下起裂强度时的弹性能随着围压的升高而增加,... 详细信息

起裂强度是岩石受压破裂过程中重要的特征强度,应力达到起裂强度后,内部裂隙便开始萌发,产生应力集中现象,裂隙进一步发育造成岩石脆性断裂破坏。通过对砂岩进行单轴和三轴试验,发现不同围压下起裂强度时的弹性能随着围压的升高而增加,但是增速逐渐减缓,通过二次多项式函数可以较准确的表达出变化关系。岩石单元体的弹性能随着主应力的施加而增加,当单元体达到储能极限,即起裂弹性能时便会释放弹性能,引起单元体破坏,裂隙因此萌生,基于此建立了能量起裂准则。通过与试验数据对比,用能量起裂准则预测的起裂强度与试验结果之间平均误差为2.1%,最大误差为4.5%。

关键词：起裂强度弹性能裂隙萌生起裂准则

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平顶山矿区突出能量分布规律及其控制因素

煤矿安全 2016年第7期47卷 182-185,189页

作者：付帅栗婧解北京张明杰吕平洋牟林桐中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

根据平顶山矿区内部分矿井实测三向应力、瓦斯含量、压力值计算了各矿区煤层弹性能及瓦斯膨胀能,并分析了其分布规律及特点,结合平煤矿区3次地质运动及矿区内地质构造特性,得到了突出潜能的主要控制因素并进行突出危险性划区。结果显示... 详细信息

根据平顶山矿区内部分矿井实测三向应力、瓦斯含量、压力值计算了各矿区煤层弹性能及瓦斯膨胀能,并分析了其分布规律及特点,结合平煤矿区3次地质运动及矿区内地质构造特性,得到了突出潜能的主要控制因素并进行突出危险性划区。结果显示:弹性能及瓦斯膨胀能随埋深增加而增加,受地质构造控制作用显著;自重应力场控制区域煤层弹性与瓦斯膨胀能远小于构造应力场控制区域;构造应力控制区域随埋深增加构造控制作用逐渐减弱,转变为自重应力控制作用;自重控制区域煤层单位体积煤体瓦斯膨胀能与弹性近似相等,而构造应力控制区域膨胀能远大于弹性形;地质构造控制着矿区突出潜能的分布,是矿区突出主要控制因素;锅底山与九里山断层间区域危险性最小,锅底山与李口向斜之间突出危险性偏高,而李口向斜东南部区域突出危险性最高。通过对矿区突出点分布情况分析证明了突出危险性划区的正确性。

关键词：煤与瓦斯突出弹性能瓦斯膨胀能构造应力场自重应力场

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岩石循环加卸载作用下能量的演化规律

煤矿安全 2019年第3期50卷 49-52页

作者：詹可亮薛俊华刘之喜安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了... 详细信息

基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了分析和研究。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环位置逐渐右移,考虑为第1次加卸载产生耗散能后,岩石的弹性能、耗散能随着循环次数的增多逐渐递增;岩石的强度呈随机分布,故塑性能随循环次数增多并无固定变化趋势;随着循环次数的增多,卸载后可恢复的裂隙之间的摩擦力逐渐减小,其弹性应变需要的能量也随之减小。

关键词：分等级加卸载滞回环弹性能耗散能塑性能岩石加载

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回采速度对冲击矿压的影响机制研究

回采速度对冲击矿压的影响机制研究

作者：冯龙飞中国矿业大学

学位级别：硕士

冲击矿压是煤矿开采中最为典型的煤岩动力灾害之一。对于高强度开采工作面,回采速度对冲击矿压的影响机制至关重要,且相关方面的研究较少。为此,本文通过理论分析、实验室试验、数值模拟及现场实践方法,研究了高强度开采工作面回采速度... 详细信息

冲击矿压是煤矿开采中最为典型的煤岩动力灾害之一。对于高强度开采工作面,回采速度对冲击矿压的影响机制至关重要,且相关方面的研究较少。为此,本文通过理论分析、实验室试验、数值模拟及现场实践方法,研究了高强度开采工作面回采速度对冲击矿压的影响机制,以期为现场开采强度优化提供理论依据。理论上建立了考虑三角增压载荷的悬臂梁结构顶板模型,并依次得到回采速度影响下的因素,包括悬臂长度、悬臂段载荷、顶板增压载荷峰值大小、位置及增压载荷超前影响范围等对顶板梁挠度、弯矩及弯曲弹性能的影响;回采速度对砌体梁结构的破断影响表现在:高速推进使关键块A断裂长度L增加,冲击致灾的可能性增大;高速推进造成岩块A距下方自由空间的高度?变大,不利于岩块A与岩块B铰接,可能促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,也可促使高位触矸砌体梁式破断转变为非触矸式破断,而前者破断产生的能量要远远小于后者的能量。开展了煤样变加载速率下的试验研究,揭示了不同加载速率下的强度演化机制,建立了煤体受载冲击破坏的模型。实验室研究表明:加载速率提高后可抑制煤样弹性阶段、稳定破裂阶段微小裂隙的破裂扩展,减少小能量事件数的产生,减少裂隙降低了煤岩内部的损伤程度进而增加了煤样峰值强度,最终促使煤样内部的大量微单元体同时达到强度极限而破坏,导致瞬间破裂的尺寸比低速加载时大得多,而微破裂事件的能量与破裂尺寸成正比,所以加载速率的提高增加了微破裂事件数中大能量占比,而大尺寸的断裂和弹射导致煤样最终的冲击破坏更趋剧烈。开展了不同回采速度下采场能量及应力变化的数值模拟研究,得到:在单次开挖量相同的条件下,单次平衡时间步数越少,累计开挖次数越多,模型释放的总弹性能峰值越高;在平衡时步相同的情况下,单次开挖量越大,单位时步内释放的总能量越大,其中峰值尤其明显,单位时步内释放的最大弹性能也越大;单位时步内释放弹性能的单元数也随开挖量的增大而增大;围岩的应力转移和调整过程具有累积效应;在连续开挖过程中,平衡时步越小,大能量事件所占的比例就越高;在单次计算时步相同的条件下,开挖量越大,主应力差变化速率越大,应力状态的急剧变化会驱使煤岩体单元的应变发生突变,冲击的可能性增大。通过胡家河矿402103工作面进尺与微震能量的统计分析,验证了推进速度与释放能量之间的关系,确定了不同危险区域的合理推进速度,并在后续回采过程中应用,取得良好的防震减冲效果。

关键词：高强度开采弹性能回采速度加载速率冲击矿压

工程陶瓷超声磨削试验机床的电气控制与基础实验研究

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工程陶瓷超声磨削试验机床的电气控制与基础实验研究

作者：李富龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

由于工程陶瓷材料具有的优良物理、化学性能,使它在一些特殊领域如高温、腐蚀以及易磨损等场所有着诱人的应用前景,但正是由于这些优良的性能,使得对其加工也带来了困难。目前一般采用特种加工方法例如超声磨削复合加工。本文对工程陶... 详细信息

由于工程陶瓷材料具有的优良物理、化学性能,使它在一些特殊领域如高温、腐蚀以及易磨损等场所有着诱人的应用前景,但正是由于这些优良的性能,使得对其加工也带来了困难。目前一般采用特种加工方法例如超声磨削复合加工。本文对工程陶瓷的应用及其国内外超声加工概况以及陶瓷超声磨削加工设备的组成、工艺要求等作了详细的介绍。并对超声磨削加工机理进行了分析研究。在超声加工过程中,相关电气控制系统起到非常重要的作用,其性能参数的好坏,将直接影响到加工的效果甚至设备运行安全,因此对相关设备的设计研制和选购尤为重要。本文对一些重要的电气控制设备如超声电源、交流变频电机、变频器以及附属装置的结构原理、性能参数作了分析介绍。同时,为了实现对陶瓷进行恒转速磨削,以便达到更好的加工效果,对驱动磨轮主轴的交流变频电机采用了计算机数字闭环控制,本文在数学模型的基础之上对其进行了分析讨论。另外,本文在超声磨削加工中引入弹性能概念,结合断裂模型以解释课题实验中AlO工程陶瓷的超声与机械磨削加工的对比结果。

关键词：工程陶瓷超声磨削电气控制变频器闭环控制弹性能

考虑非线性刚度的仿袋鼠跳跃机器人动力特性分析

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考虑非线性刚度的仿袋鼠跳跃机器人动力特性分析

作者：周海燕西北工业大学

学位级别：硕士

袋鼠柔性关节和柔性脚趾的生物结构使其跳跃具有运动稳健、耗能低的优点。因而将柔性机构引入仿袋鼠弹跳机构设计，对改善跳跃机器人的运动及动力性能具有十分积极的意义。为此，本文从袋鼠生物柔性结构研究出发，建立了仿袋鼠柔性跳跃... 详细信息

袋鼠柔性关节和柔性脚趾的生物结构使其跳跃具有运动稳健、耗能低的优点。因而将柔性机构引入仿袋鼠弹跳机构设计，对改善跳跃机器人的运动及动力性能具有十分积极的意义。为此，本文从袋鼠生物柔性结构研究出发，建立了仿袋鼠柔性跳跃机构模型，并研究了仿生非线性柔性关节和柔性脚的模型和力学机理以及对系统跳跃运动性能的影响。本文首先在大量查阅和分析国内外弹跳机器人研究文献资料的基础上，综述了当前弹跳机器人的基本理论和研究现状。并通过对袋鼠跳跃录像资料及有关运动参数测量结果的分析，结合国外有关袋鼠跳跃生物学研究参考文献，研究了袋鼠跳跃运动步态、能耗上的特点，系统分析了其肌腱结构的生物特征和作用机理，及对生物体降低氧气消耗的重要作用。其次，根据袋鼠生物机理和跳跃运动的特点，提出了考虑关节非线性的仿袋鼠单腿柔性跳跃机器人动力学模型，进行了运动及动力学分析，计算给出了机器人仿袋鼠跳跃着地阶段的地面支承反力和所需各关节输入力矩的变化规律。并从袋鼠腿部的生物构造，引入了非线性刚度表达的柔性关节，通过与线性关节模型对比，探讨了踝关节非线性对其关节力矩和起跳性能的影响。结果表明：非线性的引入不仅可提高关节的储能能力，有效地降低关节输入力矩，而且还能防止跳跃机构提前起跳，改善跳跃性能，更符合生物的特征。再则，建立了仿袋鼠跳跃的伪刚体机构模型，进行了运动及动力学分析，给出了柔性关节在着地阶段的扭转过程及其储存弹性能的特性，以及整个跳跃过程机构动能和重力势能的变化规律;讨论了系统能量分配方式及相互转化的关系;并通过对比纯刚体和伪刚体模型踝关节的输入力矩，验证了柔性关节对改善跳跃机构驱动特性的作用，讨论了弹跳机器人机构设计中无源能量的利用问题，从而解释了袋鼠高速跳跃时耗氧量低的力学机理。最后，基于袋鼠脚部的生物特点，从缓解地面冲击、运动弹性储能和起跳姿态调整三个方面，分析了其特殊的骨肌筋腱构造在跳跃行进运动中的功能及作用方式。并针对本文所提出的全柔性脚仿袋鼠跳跃机构模型，依据录像资料所测的数据，对其在着地阶段的运动姿态、速度等进行曲线拟合分析，验证了柔性脚模型仿生功能的实现可行性。本论文的研究工作为今后仿袋鼠跳跃机器人中柔性机构进一步研究和设计建立了理论基础，并提供了有参考价值的资料。

关键词：袋鼠弹跳机器人非线性关节弹性能柔性脚

基于能量耗散与释放原理的裂隙砂岩损伤破坏机制研究

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基于能量耗散与释放原理的裂隙砂岩损伤破坏机制研究

作者：程斌重庆交通大学

学位级别：硕士

为了研究裂隙砂岩在外荷载作用下的损伤破坏机制,本文在裂隙砂岩单轴、常规三轴压缩及循环加卸载试验基础上,结合RFPA数值试验,基于能量耗散与释放原理,结合岩石损伤理论,对裂隙砂岩在试验过程中的变形破坏特征、能量分配及演化、损伤... 详细信息

为了研究裂隙砂岩在外荷载作用下的损伤破坏机制,本文在裂隙砂岩单轴、常规三轴压缩及循环加卸载试验基础上,结合RFPA数值试验,基于能量耗散与释放原理,结合岩石损伤理论,对裂隙砂岩在试验过程中的变形破坏特征、能量分配及演化、损伤演化规律及损伤本构方程进行了研究:讨论了含不同倾角裂隙的砂岩试样在外荷载作用下的能量演化规律及相应的破坏形式;研究了裂隙砂岩在试验过程中损伤发展、破坏形式与能量演化之间的内在联系;结合损伤力学,推导出裂隙砂岩损伤演化方程,分析了裂隙砂岩的损伤演化规律;基于最小耗散能原理,推导裂隙砂岩损伤本构方程,探究最小耗散能原理在裂隙砂岩损伤破坏过程中的应用;采用FLAC3D软件对裂隙砂岩边坡进行稳定性分析,使用fish语言编写程序监测边坡变形过程中的能量变化,用耗散能的变化描述边坡的损伤情况,探究损伤演化规律在工程的初期安全性分析当中的应用。本文主要结论如下:(1)角度范围为0°到60°时,裂隙砂岩的峰值强度随裂隙倾角增大而减小。在损伤破坏过程中裂缝扩展从预制裂隙的尖端开始,裂隙倾角为30°的砂岩试样为压剪混合破坏模式,裂隙倾角为45°和60°的砂岩试样为剪切破坏模式。在单轴压缩条件下,裂隙倾角为45°和60°的砂岩试样呈现出显著的脆性破坏,且残余强度很小。(2)裂隙压密阶段,耗散能增幅大于弹性能增幅,各能量参数增加缓慢,岩石损伤轻微;损伤稳定发展阶段,弹性能的积聚大于耗散能,耗散能为线性增加;损伤突变阶段,耗散能增加幅度突然加大,损伤发展速度突变;损伤加速发展阶段,耗散能增幅不断加大,耗散能曲线呈“上凹状”,损伤发展速度不断加大;裂隙砂岩破坏阶段,弹性能释放造成岩石破坏,弹性能释放的越多破坏程度越剧烈。(3)从裂隙砂岩损伤演化规律来看,在单轴压缩条件下,随着裂隙倾角的增大,裂隙砂岩损伤演化曲线的缓慢增长阶段在减小,损伤变量增长速率加快,岩石的破坏程度在减弱。随着围压的增大,损伤变量的增加幅度在减小,损伤演化速率在减慢,说明围压对裂隙砂岩的力学特性有一定的增强作用。裂隙砂岩的损伤破坏过程符合最小耗散能原理描述的客观规律。(4)边坡内含有裂隙,会引起边坡的应力重分布。在强度系数折减过程中,弹性能先增加后减小,耗散能不断增加,边坡的损伤也在不断的增加,当计算达到平衡时,弹性能与耗散能均恒定不变。在边坡内部,越靠近破坏中心的单元的耗散能越大,且当边坡失稳破坏时耗散能随着时步呈指数型增长。

关键词：裂隙砂岩破坏形态耗散能弹性能损伤演化